《超导电子器件+传感器和探测器通 用规范GBT+39722-2020》详细解读

《超导电子器件传感器和探测器通用规范GB/T39722-2020》详细解读contents目录1范围2规范性引用文件3术语和定义4符号5术语和分类5.1术语5.2分类6低温工作条件contents目录7标记7.1器件识别7.2包装8测试和测量步骤附录A(资料性附录)相干探测A.1超导热电子测辐射热计(SHEB)类型A.2超导隧道结(STJ)类型A.3超导量子干涉器件(SQUID)类型contents目录附录B(资料性附录)直接探测B.1金属磁热量计(MMC)类型B.2微波动态电感(MKI)类型B.3超导带线(SS)类型B.4超导隧道结(STJ)类型B.5转变边传感器(TES)类型附录C(规范性附录)设备和图表用图形符号C.1超导区域,单端超导连接contents目录C.2超导区域,单端常导连接C.3正常态-超导态边界C.4一种变形的连接形式C.5约瑟夫森结参考文献011范围03探测器01超导电子器件02传感器1范围022规范性引用文件GB/T1.1-2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》GB/T20000.2-2009《标准化工作指南第2部分：采用国际标准》GB/T20000.4-2003《标准化工作指南第4部分：标准中涉及安全的内容》2规范性引用文件033术语和定义定义指利用超导材料及其电子学特性制成的电子器件，具有超导、低功耗、高灵敏度等特点。分类根据功能及应用，超导电子器件可分为超导量子干涉器件、超导单光子探测器、超导纳米线单光子探测器等。应用领域广泛应用于物理、化学、生物、医学等领域的高精度测量和检测。3术语和定义044符号123本标准中使用的符号均符合国家相关标准和行业规范，确保术语和定义的准确性与一致性。符号的准确性对标准中使用的符号进行详细说明，包括符号的含义、单位、使用范围等，以方便读者理解和使用。符号的说明通过列举典型示例，展示符号在超导电子器件传感器和探测器中的实际应用，提高标准的可读性和可操作性。符号的示例4符号055术语和分类超导电子器件指利用超导材料的特性，在电子领域中实现特定功能的器件。传感器能够感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。探测器用于检测、记录或测量各种物理量、化学量、生物量等信息的装置。5术语和分类065.1术语指利用超导材料的特殊性质制造的电子器件，具有极高的灵敏度和响应速度，广泛应用于传感器和探测器等领域。超导电子器件能够将被测量转换为可观测或可输出信号的装置，是超导电子器件的重要应用之一。传感器能够检测并测量各种物理量或化学量的装置，同样依赖于超导电子器件的高性能表现。探测器5.1术语075.2分类电阻式传感器利用被测量引起的电阻变化来反映被测量信息的传感器。电容式传感器将被测量的变化转换成电容量变化的一种传感器。电感式传感器利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量电测的一种传感器。5.2分类086低温工作条件温度范围要求超导电子器件在低温环境下具有良好的温度稳定性，以确保测量结果的准确性和可靠性。温度稳定性低温材料兼容性规范中考虑了低温环境对材料性能的影响，要求所选材料在低温下仍能保持稳定的物理和化学性质。规范中明确了超导电子器件在低温环境下的工作温度范围，确保器件在极端低温条件下能够正常工作。6低温工作条件097标记持久性标记应具有持久性，能够经受住产品使用过程中的各种环境因素考验，确保在产品寿命周期内保持清晰可见。规范性标记应符合相关国家标准和行业标准的规定，确保产品信息的规范化和统一化。清晰明确标记应清晰明确，易于识别和理解，以确保产品信息的准确传达。7标记107.1器件识别标识位置与方式标识应放置在器件的显眼且不易磨损的位置，可采用刻印、激光打标或粘贴标签等方式进行。标识内容与规范标识内容应符合相关国家或地区标准，确保信息的准确性和规范性，同时应满足使用者在器件识别方面的需求。器件标识要求每个超导电子器件应具有唯一且清晰的标识，包括型号、序列号和生产日期等信息，以确保器件的可追溯性。7.1器件识别117.2包装超导电子器件应采用防潮、防震的包装，以确保在运输和存储过程中不会受到潮湿或震动的影响。防潮防震标识清晰符合相关标准包装上应清晰标识产品名称、型号、数量、生产日期、生产厂家等基本信息，以便于识别和管理。包装应符合国家相关标准和规定，如有特殊要求，应在产品说明书中予以明确。0302017.2包装128测试和测量步骤

8测试和测量步骤确定测试项目和测试目的根据具体需求和规范要求，明确需要进行的测试项目和测试目的，以确保测试的针对性和有效性。准备测试设备和工具根据测试项目需求，准备相应的测试设备和工具，包括但不限于电源、电压表、电流表、示波器、频谱分析仪等。创建测试环境为确保测试结果的准确性和可靠性，需创建符合测试要求的测试环境，包括温度、湿度、电磁屏蔽等条件。13附录A(资料性附录)相干探测利用相干光源相干探测利用相干性好的光源，如激光，作为信号光和参考光。光信号与参考光干涉信号光携带被测信息，与参考光在光敏面上产生干涉。干涉信号解调通过解调干涉信号，提取出被测信息的幅度、频率和相位等特征。附录A(资料性附录)相干探测14A.1超导热电子测辐射热计(SHEB)类型SHEB利用热电效应将吸收的红外辐射转换为电信号，实现红外辐射的探测。热电转换由于其独特的热电转换机制，SHEB具有高灵敏度，能够探测微弱的红外辐射。高灵敏度SHEB可对不同波长的红外辐射进行探测，具有较宽的光谱响应范围。宽光谱响应A.1超导热电子测辐射热计(SHEB)类型15A.2超导隧道结(STJ)类型A.2超导隧道结(STJ)类型结构特点由两块超导体之间夹一层极薄的绝缘层构成。工作原理当绝缘层足够薄时，电子能够通过量子隧道效应穿过绝缘层，形成隧道电流。应用场景SIS结型超导隧道结在高频、微波以及太赫兹探测等领域具有广泛应用。16A.3超导量子干涉器件(SQUID)类型DCSQUID具有极高的磁场灵敏度，能够探测非常微弱的磁场变化。高灵敏度这类器件需要在极低的温度下工作，通常是几毫度到几开尔文，以保持超导状态。低温工作DCSQUID被广泛应用于磁共振成像、地质勘测、基础物理研究等领域。广泛应用A.3超导量子干涉器件(SQUID)类型17附录B(资料性附录)直接探测直接探测是指将超导电子器件直接作为传感器或探测器使用，无需额外的转换或放大电路。通过测量超导电子器件的电阻、电压或电流等参数，直接反映被探测物理量的变化。直接探测具有响应速度快、灵敏度高、噪声低等优点。附录B(资料性附录)直接探测18B.1金属磁热量计(MMC)类型MMC利用金属磁材料的热敏电阻效应，通过测量磁场变化引起的电阻值变化，推算出磁场强度。热敏电阻效应MMC具有高灵敏度，能够检测到微弱的磁场变化，并输出相应的电信号。高灵敏度MMC传感器具有较宽的频率响应范围，适用于不同频率下的磁场测量。宽带响应B.1金属磁热量计(MMC)类型19B.2微波动态电感(MKI)类型定义01微波动态电感（MKI）是一种利用超导材料在微波频率下实现的电感元件。工作原理02基于超导材料的零电阻特性和完全抗磁性，在微波信号作用下产生感应电流，从而实现电感的功能。特点03具有高Q值、低损耗、宽频带等优点，适用于高性能微波电路与系统。B.2微波动态电感(MKI)类型20B.3超导带线(SS)类型如纯铌、纯钽等，具有较高的临界温度和临界电流密度，但制备工艺较复杂。纯元素超导带线如铌钛合金、铌锆合金等，通过合金化提高超导性能，同时改善加工性能。合金超导带线如铜氧化物高温超导材料等，具有较高的临界温度和较强的磁场承载能力。化合物超导带线B.3超导带线(SS)类型21B.4超导隧道结(STJ)类型03超导隧道结在传感器和探测器领域具有重要应用，可用于微弱信号的检测和放大。01超导隧道结是一种利用超导材料制作的电子器件，具有极高的灵敏度和响应速度。02它由两个超导电极和一个极薄的绝缘层组成，形成隧道结构，使电子能够穿过绝缘层实现隧穿效应。B.4超导隧道结(STJ)类型22B.5转变边传感器(TES)类型转变边界在特定温度下，TES材料会发生从正常态到超导态的转变，该转变过程具有极高的灵敏度，适用于微弱信号的检测。热电效应TES传感器基于热电效应工作，通过吸收热量导致材料电阻发生变化，从而实现温度到电信号的转换。信号读取通过读取TES传感器上的电压或电流变化，可以获取被测量对象的温度信息。B.5转变边传感器(TES)类型23附录C(规范性附录)设备和图表用图形符号传感器一般符号表示传感器的通用符号，用于在图表中标识传感器位置。具体传感器类型符号根据不同类型的传感器，如温度传感器、压力传感器等，规定相应的图形符号，以便准确识别。传感器接口符号表示传感器与其他设备连接接口的图形符号，确保在系统中正确连接。附录C(规范性附录)设备和图表用图形符号24C.1超导区域,单端超导连接临界温度以下在超导材料中，当温度降至某一临界温度以下时，电阻变为零，此时该区域被称为超导区域。完全抗磁性超导区域除了零电阻特性外，还表现出完全抗磁性，即磁场无法穿透该区域。宏观量子效应在超导区域内，电子形成库珀对，表现出宏观量子效应，这是超导现象的重要特征之一。C.1超导区域,单端超导连接25C.2超导区域,单端常导连接结构布局超导区域的设计应充分考虑传感器的灵敏度和稳定性，合理安排超导线路和元件的布局。冷却系统需配备高效的冷却系统，确保超导区域维持在稳定的低温环境，以满足传感器正常工作需求。材料选择应选用具有高临界温度和低电阻率的超导材料，以确保传感器在超导状态下运行。C.2超导区域,单端常导连接26C.3正常态-超导态边界边界确定方法正常态与超导态之间的边界通常通过测量样品的电阻随温度的变化来确定。在达到某一特定温度时，电阻会急剧下降至零，标志着超导态的出现。影响因素正常态-超导态边界受多种因素影响，包括材料本身的性质、外部磁场强度、电流密度以及环境温度等。这些因素会共同作用于样品，导致其在不同条件下呈现出不同的边界特征。边界稳定性正常态与超导态之间的边界并非固定不变，而是在一定范围内波动。这种不稳定性可能会对超导电子器件的性能产生影响，因此在实际应用中需要加以考虑和控制。C.3正常态-超导态边界27C.4一种变形的连接形式指在保持基本电气连接功能的同时，为适应特定应用场景而进行的连接形式调整。灵活性高，可根据实际需求进行定制；满足特定环境下的使用要求；可能涉及连接器结构、材料等方面的变化。定义特点C.4一种变形的连接形式28C.5约瑟夫森结超导电子对隧道效应约瑟夫